無機非金屬材料學

《無機非金屬材料學》是上海市教育委員會組織編寫的普通高?！熬盼濉敝攸c教材?！稛o機非金屬材料學》著重闡述兩大方面的內(nèi)容：一是無機非金屬材料的科學基礎知識；二是國內(nèi)外用量最大、發(fā)展最快的材料，及其特點、性能、制作原理和應用。

本教材共分九章,分別為緒論，無機非金屬材料的科學基礎，天然礦物材料，玻璃，陶瓷，耐火材料，膠凝材料(水泥、石灰、石膏等)，混凝土纖維材料和復合材料。本教材還詳細介紹了無機非金屬材料的最新發(fā)展?！稛o機非金屬材料學》適用于高等院校材料專業(yè)教學,也可供無機非金屬材料工程技術人員參考。

第一章 緒論

第一節(jié) 材料及無機非金屬材料的定義與分類

一、材料的定義與分類

二、無機非金屬材料的定義和特點

第二節(jié) 無機非金屬材料在人類社會中的地位和研究內(nèi)容

一、無機非金屬材料在人類社會中的地位

二、無機非金屬材料的研究內(nèi)容

第二章 無機非金屬材料的科學基礎

第一節(jié) 材料結構的層次及研究方法

一、材料的結構及其層次

二、材料結構的研究方法

第二節(jié) 原子級結構

第三節(jié) 晶體結構

一、晶體

二、離子晶體

三、[SiO4]四面體的連接原則

四、典型的晶體結構類型

五、實際晶體和晶格缺陷

六、晶界和相界

第四節(jié) 非晶體結構

一、定義

二、玻璃結構

第五節(jié) 相與相圖

一、多相結構

二、再結晶

三、孔與孔結構

四、相圖

第六節(jié) 力學性能

一、彈性

二、脆性

三、塑性

四、韌性

五、力學強度

六、高溫力學行為

第七節(jié) 熱性能

一、比熱容

二、熱膨脹

三、熱傳遞

第八節(jié) 傳質

一、擴散

二、滲透

三、透氣

第九節(jié) 電磁性能

一、電性能

二、磁性能

第三章 天然礦物材料

第一節(jié) 概述

一、天然礦物材料的定義

二、天然礦物材料的分類

三、天然礦物材料的命名

第二節(jié) 巖石的形成

一、火成巖

二、沉積巖

三、變質巖

第三節(jié) 天然礦物材料的特征及物理性能

一、化學特征

二、結構特征

三、物理性能

第四節(jié) 工程用天然礦物材料

一、碳材料

二、SiO2材料

三、單礦物硅酸鹽材料

四、多礦物硅酸鹽材料

五、碳酸鹽材料

第五節(jié) 天然礦物材料的應用前景和技術要求

一、應用前景

二、技術要求

第四章 玻璃

第一節(jié) 概述

一、物質的玻璃態(tài)

二、玻璃的分類

三、玻璃的結構

第二節(jié) 玻璃的制作原理

一、玻璃的形成條件

二、氧化物玻璃的生成

三、玻璃的形成方法

四、傳統(tǒng)的熔體冷卻法制備玻璃的工藝

第三節(jié) 熔體與玻璃體的相變

一、玻璃的核化

二、玻璃的分相

三、玻璃的析晶

第四節(jié) 玻璃的物理性質

一、力學性質

二、粘度

三、密度

四、熱學性質

五、電磁學性質

六、光學性質

第五節(jié) 玻璃的化學穩(wěn)定性

一、玻璃的侵蝕機理

二、影響玻璃化學穩(wěn)定性的主要因素

第六節(jié) 玻璃的著色與脫色

一、玻璃的顏色

二、玻璃的著色方式

三、玻璃的脫色

第七節(jié) 新型玻璃材料及發(fā)展方向

一、微晶玻璃

二、光導纖維玻璃

三、激光玻璃

四、光色玻璃

五、半導體玻璃

六、超聲延遲線玻璃

七、非線性光學玻璃

八、生物玻璃

九、玻璃材料的發(fā)展

第五章 陶瓷

第一節(jié) 概述

一、陶瓷的定義和分類

二、我國陶瓷工業(yè)發(fā)展概況

三、陶瓷工業(yè)在現(xiàn)代化建設中的作用

第二節(jié) 陶瓷的制作原理

一、原料與坯料制備

二、成型

三、坯體干燥

四、陶瓷的燒成

五、施釉

第三節(jié) 陶瓷的基本特性

一、熱性能

二、機械性能

三、電性能

四、磁性能

五、光學性能

六、化學性質

第四節(jié) 普通陶瓷

一、陶器

二、炻器

三、瓷器

第五節(jié) 特種陶瓷

一、氧化物陶瓷

二、非氧化物陶瓷

三、功能陶瓷

第六章 耐火材料

第一節(jié) 概述

一、耐火材料的涵義及應具備的性質

二、耐火材料的分類

第二節(jié) 耐火材料的制作原理

一、燒結耐火材料

二、熔鑄耐火材料

三、不定形耐火材料

第三節(jié) 耐火材料的性質

一、化學組成和礦物組成

二、耐火度

三、荷重軟化溫度

四、高溫體積穩(wěn)定性

五、熱震穩(wěn)定性

六、抗蝕性

第四節(jié) 耐火材料的種類和特性

一、硅酸鋁質耐火材料

二、硅質耐火材料

三、鎂質耐火材料

四、輕質耐火材料

五、電熔莫來石質耐火材料

六、電熔鋯剛玉質耐火材料

七、電熔高鋁質耐火材料

八、熔融石英耐火材料

九、耐火混凝土

十、耐火可塑料

第七章 膠凝材料

第一節(jié) 概述

一、膠凝材料的定義與分類

二、膠凝材料發(fā)展史

第二節(jié) 膠凝材料的制作原理

一、石灰

二、石膏

三、硅酸鹽水泥

第三節(jié) 膠凝材料的性能

一、膠凝材料的水化硬化

二、膠凝材料的性能

第四節(jié) 其他品種膠凝材料

一、混合硅酸鹽水泥

二、特性水泥

三、鎂質膠凝材料

四、水玻璃

第八章 混凝土

第一節(jié) 概述

一、混凝土的定義

二、混凝土的特點

三、混凝土的分類

四、混凝土及其技術的發(fā)展

第二節(jié) 混凝土的制作原理

一、普通混凝土

二、硅酸鹽混凝土

第三節(jié) 混凝土的性能

一、新拌混凝土的性能

二、硬化混凝土的性能

第四節(jié) 其他品種混凝土

一、輕混凝土

二、高強混凝土

三、流態(tài)混凝土

四、收縮補償混凝土

五、聚合物混凝土

六、纖維增強混凝土

七、耐熱混凝土

八、耐酸混凝土

九、防輻射混凝土

十、裝飾混凝土

十一、碾壓混凝土

十二、高性能混凝土

第九章 纖維材料和復合材料

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 無機纖維材料

一、概念與分類

二、纖維的特性

三、纖維的種類和性能

第三節(jié) 纖維增強復合材料

一、纖維增強復合材料及其復合規(guī)律

二、纖維增強復合材料的種類

第四節(jié) 粒子增強復合材料

一、粒子增強復合材料的混合規(guī)律

二、粒子增強復合材料的種類

第五節(jié) 面層復合材料

參考文獻 2100433B

《無機非金屬材料學科發(fā)展戰(zhàn)略研究報告（2016-2020）》為國家自然科學基金委員會工程與材料科學部組織出版的無機非金屬材料學科發(fā)展戰(zhàn)略研究報告。根據(jù)工程與材料科學部的統(tǒng)一部署，《無機非金屬材料學科發(fā)展戰(zhàn)略研究報告（2016-2020）》從學科的國際發(fā)展趨勢和國家重大需求出發(fā)，論述無機非金屬學科的總體發(fā)展戰(zhàn)略，提出10個優(yōu)先發(fā)展領域：新能源材料、功能晶體、低維碳及二維材料、新型功能材料、先進結構材料、無機非金屬材料制備科學與技術、無機非金屬材料科學基礎、傳統(tǒng)無機非金屬材料的節(jié)能環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展、信息功能材料與器件、生物醫(yī)用材料，并介紹上述各領域的內(nèi)涵與研究范圍，科學意義與國家戰(zhàn)略需求，研究現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展趨勢分析，發(fā)展目標，未來5～10年研究前沿與重大科學問題，未來5～10年優(yōu)先研究方向。

目錄

前言

第1章 無機非金屬材料學科發(fā)展概況 1

1.1 學科的戰(zhàn)略地位 1

1.2 學科的發(fā)展規(guī)律和發(fā)展態(tài)勢 3

1.2.1 學科發(fā)展規(guī)律 3

1.2.2 學科發(fā)展態(tài)勢 5

1.3 學科的發(fā)展現(xiàn)狀 6

1.4 學科的發(fā)展布局及發(fā)展目標 9

1.4.1 學科發(fā)展布局原則 9

1.4.2 學科總體布局 10

1.4.3 學科布局重點 11

1.4.4 學科發(fā)展目標 14

1.5 政策措施 14

參考文獻 16

第2章 信息功能材料與器件 17

2.1 內(nèi)涵與研究范圍 17

2.2 科學意義與國家戰(zhàn)略需求 18

2.2.1 微電子集成電路材料 18

2.2.2 光電子材料 19

2.3 研究現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展趨勢分析 21

2.3.1 研究現(xiàn)狀與問題 22

2.3.2 發(fā)展趨勢分析 26

2.4 發(fā)展目標 29

2.5 未來5～10年研究前沿與重大科學問題 32

2.5.1 研究前沿 32

2.5.2 重大科學問題 32

2.6 未來5～10年優(yōu)先研究方向 33

2.6.1 面向新一代微電子的高遷移率SOI基材料 33

2.6.2 新型超高密度存儲材料與器件 34

2.6.3 光互連材料與器件 34

2.6.4 第三代半導體材料 34

2.6.5 低維異質結構光電子材料 35

2.6.6 量子信息材料 35

參考文獻 35

第3章 新型功能材料 38

3.1 內(nèi)涵與研究范圍 38

3.2 科學意義與國家戰(zhàn)略需求 39

3.2.1 鐵電與介電材料 40

3.2.2 多鐵性材料 41

3.2.3 磁性材料 42

3.2.4 先進電子材料 43

3.2.5 超導材料 44

3.2.6 超構材料 44

3.2.7 發(fā)光與光存儲材料 45

3.3 研究現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展趨勢分析 46

3.3.1 鐵電與介電材料 47

3.3.2 多鐵性材料 47

3.3.3 磁性材料 48

3.3.4 憶阻材料 49

3.3.5 超導材料 50

3.3.6 超構材料 51

3.3.7 發(fā)光與光存儲材料 51

3.4 發(fā)展目標 52

3.5 未來5～10年研究前沿與重大科學問題 53

3.5.1 鐵電/介電材料 54

3.5.2 多鐵性材料 ” 54

3.5.3 磁性及稀土替代材料 55

3.5.4 憶阻材料 55

3.5.5 離溫超導材料 55

3.5.6 超構材料 55

3.5.7 發(fā)光及光存儲材料 56

3.6 未來5～10年優(yōu)先研究方向 56

3.6.1 高能量密度電容器、超低損耗微波介質陶瓷、無鉛壓電與鐵電陶瓷 57

3.6.2 多鐵性材料與異質結磁電調(diào)控原理設計理論和制備技術 57

3.6.3 磁性及稀土替代材料 58

3.6.4 高性能憶阻材料、器件結構設計與性能 58

3.6.5 高溫超導材料和應用研究 58

3.6.6 超構材料的結構設計及其新效應器件 58

3.6.7 發(fā)光及光存儲材料 58

參考文獻 58

第4章 功能晶體 61

4.1 內(nèi)涵與研究范圍 61

4.2 科學意義與國家戰(zhàn)略需求 62

4.3 研究現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展趨勢分析 64

4.3.1 研究現(xiàn)狀 64

4.3.2 存在問題 67

4.3.3 發(fā)展趨勢 68

4.4 發(fā)展目標 73

4.5 未來5～10年研究前沿與關鍵科學問題 75

4.5.1 未來5～10年的研究前沿 75

4.5.2 關鍵科學問題 75

4.6 未來5～10年優(yōu)先研究方向 76

4.6.1 用于高平均功率密度固體激光器的激光晶體和磁光晶體研究 77

4.6.2 大尺寸優(yōu)質非線性光學晶體及擴展波段的非線性光學品體 77

4.6.3 電光晶體和壓電晶體的研究和應用 78

4.6.4 高性能閃爍}帚體及其探測器件應用研究 79

4.6.5 大尺寸高質最弛豫鐵電單晶生長及其應用研究 80

4.6.6 基于光學超晶格的全固態(tài)有源光子芯片的功能化及集成技術 81

4.6.7 化合物半導體光電功能晶體的研究及其應用 81

4.6.8 第三代半導體光電功能品體的研究及其應用 82

參考文獻 84

第5章 生物醫(yī)用材料 87

5.1 內(nèi)涵與研究范圍 87

5.2 科學意義與國家戰(zhàn)略需求 87

5.3 研究現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展趨勢分析 92

5.3.1 研究現(xiàn)狀 92

5.3.2 存在問題 93

5.3.3 發(fā)展趨勢 94

5.4 發(fā)展目標 99

5.5 未來5～10年研究前沿與重大科學問題 100

5.5.1 高活性組織修復材料的構建及其在微環(huán)境中的作用機制 101

5.5.2 生物醫(yī)用材料的高活性和生物功能化表/界面 101

5.5.3 生物適配材料 102

5.5.4 基于3D打印技術構建組織修復部件基礎研究 103

5.5.5 新型納米生物材料及其生物學新效應研究 103

5.6 未來5～10年優(yōu)先發(fā)展方向 104

5.6.1 生物活性材料 105

5.6.2 生物材料的表/界面 105

5.6.3 生物適配材料 106

5.6.4 診療用納米生物材料 107

5.6.5 基于3D打印技術的組織再生構件快速成型制造 107

參考文獻 107

第6章 新能源材料 109

6.1 內(nèi)涵與研究范圍 109

6.1.1 內(nèi)涵 109

6.1.2 研究范圍 110

6.2 科學意義與國家戰(zhàn)略需求 111

6.3 研究現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展趨勢分析 113

6.3.1 太陽能轉換材料 115

6.3.2 燃料電池材料 121

6.3.3 熱電材料 126

6.3.4 新能源儲存材料 127

6.4 發(fā)展目標 133

6.5 未來5～10年研究前沿與重大料學問題 134

6.5.1 新能源材料對新能源的吸收機制 134

6.5.2 新能源材料能罱轉換機制 135

6.5.3 新能源材料與器件性能及工作狀態(tài)下其關鍵過程的測試與表征 135

6.6 未來5～10年優(yōu)先研究方向 136

參考文獻 136

第7章 低維碳及二維材料 138

7.1 內(nèi)涵與研究范圍 138

7.2 科學意義與國家戰(zhàn)略需求 140

7.3 研究現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展趨勢分析 142

7.3.1 研究現(xiàn)狀與問題 143

7.3.2 發(fā)展趨勢 148

7.4 發(fā)展目標 150

7.5 未來5～10年研究前沿與重大科學問題 152

7.6 未來5～10年優(yōu)先研究方向 153

7.6.1 晶圓尺寸電子級低維碳和二維材料的制備科學 153

7.6.2 低維碳和二維材料在光電器件中的應用探索 153

7.6.3 低維碳和二維材料在電子器件巾的應用探索 153

7.6.4 低維碳和二維材料在能源等領域的應用探索 153

7.6.5 石墨炔研究及新型低維碳和二維材料探索 154

參考文獻 154

第8章 先進結構材料 160

8.1 內(nèi)涵與研究范圍 160

8.1.1 超硬材料 161

8.1.2 先進結構陶瓷 161

8.1.3 高性能結構復合材料 162

8.2 科學意義與國家戰(zhàn)略需求 165

8.2.1 超硬材料 165

8.2.2 先進結構陶瓷 166

8.2.3 高性能結構復合材料 167

8.3 研究現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展趨勢分析 168

8.3.1 超硬材料 168

8.3.2 先進結構陶瓷 170

8.3.3 高性能結構復合材料 173

8.4 發(fā)展目標 176

8.5 未來5~10年研究前沿與重大科學問題 177

8.5.1 超硬材料 177

8.5.2 先進結構陶瓷 177

8.5.3 高性能結構復合材料 178

8.6 未來5～10年優(yōu)先研究方向 179

8.6.1 超硬材料 179

8.6.2 先進結構陶瓷 179

8.6.3 高性能結構復合材料 180

參考文獻 180

第9章 傳統(tǒng)無機非金屬材料的節(jié)能環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展 185

9.1 內(nèi)涵與研究范圍 185

9.1.1 內(nèi)涵 185

9.1.2 研究范圍 185

9.2 科學意義與國家戰(zhàn)略需求 189

9.2.1 水泥和混凝土 189

9.2.2 玻璃 190

9.2.3 耐火材料 191

9.3 研究現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展趨勢分析 192

9.3.1 水泥和混凝土 192

9.3.2 玻璃 196

9.3.3 耐火材料 200

9.4 發(fā)展目標 203

9.4.1 水泥和混凝土 203

9.4.2 玻璃 203

9.4.3 耐火材料 203

9.5 未來5～10年研究前沿與重大科學問題 204

9.5.1 水泥和混凝土 204

9.5.2 玻璃 205

9.5.3 耐火材料 207

9.6 未來5～10年優(yōu)先研究方向 208

9.6.1 水泥和混凝土 208

9.6.2 玻璃 209

9.6.3 耐火材料 210

參考文獻 211

第10章 無機非金屬材料科學基礎 214

10.1 內(nèi)涵與研究范圍 214

10.2 科學意義與國家戰(zhàn)略需求 215

10.2.1 計算材料科學 215

10.2.2 材料基因工程 216

10.2.3 結構-性能關系和微結構效應 217

10.2.4 相圖-多尺度微結構和介觀材料科學 218

10.3 研究現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展趨勢分析 220

10.3.1 計算材料科學 220

10.3.2 材料基因組工程 221

10.3.3 結構-降能關系和微結構效應 222

10.3.4 相圖-多尺度微結構和介觀材料科學 223

10.4 發(fā)展目標 226

10.4.1 計算材料科學 226

10.4.2 材料基因組工程 226

10.4.3 結構-降能關系和微結構效應 226

10.4.4 相圖-多尺度微結構和介觀材料科學 227

10.5 未來5～10年研究前沿與重大科學問題 227

10.5.1 計算材料科學 227

10.5.2 材料基因組工程 228

10.5.3 結構-性能關系和微結構效應 230

10.5.4 相圖多尺度微結構和介觀材料科學 230

10.6 未來5～10年優(yōu)先研究方向 231

10.6.1 計算材料科學 231

10.6.2 材料基因組工程 231

10.6.3 結構-性能關系和微結構效應 232

10.6.4 相圖-多尺度微結構和介觀材料科學 232

參考文獻 233

第11章 無機非金屬材料制備科學與技術 236

11.1 內(nèi)涵與研究范圍 236

11.1.1 陶瓷材料 236

11.1.2 薄膜材料 238

11.2 科學意義與國家戰(zhàn)略需求 239

11.3 研究現(xiàn)狀、存在問題與發(fā)展趨勢分 2100433B

"《學科發(fā)展戰(zhàn)略研究報告》序

前言

第一部分概述

第1章無機非金屬材料學科發(fā)展戰(zhàn)略研究報告概述

第2章無機非金屬材料學科的戰(zhàn)略地位

2.1無機非金屬材料的特點

2.2無機非金屬材料學科的作用

2.2.1無機非金屬材料對科學技術發(fā)展所起的作用

2.2.2無機非金屬材料對國民經(jīng)濟和社會進步所起的作用

2.2.3無機非金屬材料對國防建設所起的作用

第二部分無機非金屬材料學科的研究現(xiàn)狀、

發(fā)展趨勢與科學問題

第3章材料科學技術的發(fā)展趨勢

第4章主要領域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢與科學問題

4.1結構陶瓷與復合材料

4.1.1結構陶瓷與復合材料的戰(zhàn)略地位

4.1.2結構陶瓷和復合材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

4.1.3結構陶瓷及復合材料的共性科學問題

參考文獻

4.2功能陶瓷

4.2.1功能陶瓷的研究現(xiàn)狀

4.2.2功能陶瓷材料的發(fā)展趨勢與重要科學問題

4.2.3功能陶瓷的共性科學問題

參考文獻

4.3信息功能材料

4.3.1信息功能材料韻研究現(xiàn)狀

4.3.2信息功能材料發(fā)展趨勢

4.3.3信息功能材料的共性科學問題

參考文獻

4.4納米材料與納米結構

4.4.1研究現(xiàn)狀

4.4.2發(fā)展趨勢

4.4.3重要科學問題

參考文獻

4.5人工晶體

4.5.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

4.5.2共性科學問題

參考文獻

4.6新能源材料

4.6.1研究新能源材料意義

4.6.2發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

4.6.3重要科學問題

參考文獻

4.7生物醫(yī)學材料和仿生材料

4.7.1生物醫(yī)學材料

4.7.2仿生材料

參考文獻

4.8生態(tài)環(huán)境材料

4.8.1研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

4.8.2重要科學問題參考文獻

4.9傳統(tǒng)無機非金屬材料

4.9.1水泥及混凝土

4.9.2玻璃

4.9.3陶瓷

4.9.4耐火材料

4.9.5傳統(tǒng)無機非金屬材料的共性科學問題

參考文獻

第5章無機非金屬材料學科的共性科學問題

第三部分無機非金屬材料學科的發(fā)展戰(zhàn)略

第6章發(fā)達國家無機非金屬材料學科的發(fā)展戰(zhàn)略

6.1美國的發(fā)展戰(zhàn)略

6.2歐盟的發(fā)展戰(zhàn)略

6.3日本的發(fā)展戰(zhàn)略

6.4美國、歐盟、日本的研究發(fā)展戰(zhàn)略的共性與差異

參考文獻

第7章我國無機非金屬材料學科的發(fā)展戰(zhàn)略

第四部分無機非金屬材料學科的優(yōu)先

發(fā)展領域和重點支持方向

第8章無機非金屬材料學科的優(yōu)先發(fā)展領域

8.1納米材料與納米結構

8.2光電子材料

8.3新能源材料

8.4生物醫(yī)學材料

8.5環(huán)境協(xié)調(diào)的材料制備技術

第9章無機非金屬材料學科的重點支持方向

9.1結構陶瓷和復合材料

9.2功能陶瓷

9.3信息功能材料

9.4納米材料與納米結構

9.5人工晶體

9.6新能源材料

9.7生物醫(yī)學材料和仿生材料

9.8生態(tài)環(huán)境材料

9.9傳統(tǒng)無機非金屬材料

第10章發(fā)展無機非金屬材料學科的措施與建議

致謝2100433B